MFI型分子筛选择性吸附分离水体中二取代苯系同分异构体

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本文针对废水中存在着大量的、难分离的二取代苯系同分异构体,根据芳香族化合物的分子大小与MFI型沸石分子筛孔径之间的匹配性,系统研究了采用MFI型沸石分子筛选择性吸附回收水体中的有机污染物。 本文研究了水体中对硝基氯苯与邻硝基氯苯在MFI型分子筛(HZSM-5与Silicalite)、Sb<,2>O<,3>修饰的HZSM-5分子筛及硅化HZSM-5分子筛中的静态吸附、扩散行为与分离效果,并与MFI型分子筛选择性吸附分离水中硝基甲苯异构体进行比较,探讨分子筛Si/Al比、孔道尺寸及吸附质分子大小对吸附和扩散行为的影响。 静态吸附研究表明水体中对硝基氯苯与邻硝基氯苯在MFI型分子筛中的吸附行为迥异,对硝基氯苯的最大吸附量高于邻硝基氯苯。对硝基氯苯的吸附等温线符合修正的2段Langmuir吸附模型,而邻硝基氯苯的吸附等温线则可用Langmuir-Friendlich方程描述。扩散实验结果表明对硝基氯苯在MFI型分子筛中的扩散性显著高于邻硝基氯苯。对硝基氯苯与邻硝基氯苯在吸附量及扩散性上的不同取决于分子筛有效孔径与分子动力学直径之间的差异。与HZSM-5分子筛相比,Silicalite分子筛对邻硝基氯苯(邻硝基甲苯)有较高的吸附量,导致其分离效果不佳。 Sb<,2>O<,3>与HZSM-5分子筛发生固相反应的机理为Sb<,2>O<,3>在分子筛外表面与孔口位置高度分散。Si(OC<,2>H<,5>)<,4>与HZSM-5分子筛的修饰反应机理是生成的SiO<,2>,薄层在分子筛外表面与孔口位置的沉积。HZSM-5分子筛修饰效应表现在钝化外表面酸性位,精细调窄孔口尺寸,但不改变分子筛对对硝基氯苯的吸附容量,显著强化了分子筛对水体中对硝基氯苯的吸附选择性。 通过对硝基氯苯在分子筛中的吸附热与吸附量的相关性分析发现,对硝基氯苯优先吸附在分子筛的孔道交点位置。对硝基氯苯(对硝基甲苯)在MFI型分子筛中的扩散由内扩散过程控制,扩散系数强烈地依赖于温度,也与吸附量有关。吸附质分子在低吸附量进行扩散时主要受到分子筛孔道内壁的阻碍,在高吸附量进行的扩散还要克服分子之间的作用力。 研究了对硝基氯苯与邻硝基氯苯双组分混合体系在HZSM-5分子筛中的竞争吸附行为。论证分子筛的有效孔径与分子的动力学直径的匹配性是影响吸附质 分子吸附、扩散的主导因素。邻硝基氯苯因其动力学直径大于HZSM-5分子筛孔径,故难以被分子筛吸附。对硝基氯苯的动力学直径与HZSM-5分子筛孔径相当,在分子筛中的扩散速率较快,优先占据分子筛孔道交点位置,并对邻硝基氯苯的吸附起拮抗作用。 以A1<,2>O<,3>为粘结剂把HZSM-5分子筛粉末成型,对双组分硝基氯苯溶液进行分子筛固定床动态吸附-脱附研究,确定最佳工艺参数。通过双柱串联吸附一脱附工艺,可同时得到高纯度的对硝基氯苯与邻硝基氯苯。通过原位水热合成技术在陶瓷载体上制得性能较好的ZSM-5分子筛膜,对双组分硝基氯苯混合液有良好的分离效果。
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